Eksistensen af ​​en kortvarig tetraneutron forudsagt

Et forskerhold ved Lomonosov Moscow State University, ved hjælp af ny interaktion mellem neutroner, har teoretisk begrundet den lavenergi-tertaneutronresonans, der for nylig blev opnået eksperimentelt. Dette beviser den meget korte eksistens af en partikel bestående af fire neutroner. Ifølge supercomputersimuleringerne, tetraneutronens levetid er 5×10 ^-22 sek. Forskningsresultaterne er publiceret i et toprangeret tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve .

Et hold bestående af russiske, tyske og amerikanske videnskabsmænd, inklusive Andrey Shirokov, seniorforsker ved Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, har beregnet energien af ​​den resonante tetraneutrontilstand. Deres teoretiske beregninger, baseret på en ny tilgang og ny interaktion mellem neutroner, korrelere med resultaterne af et eksperiment, hvor en tetraneutron blev produceret.

Søger efter neutronstabilitet

En neutron lever omkring 15 minutter før den henfalder, producerer en proton, elektron og en antineutrino. Der er også et andet kendt stabilt system bestående af et stort antal neutroner - neutronstjerner. Forskere har forsøgt at finde ud af, om der er andre systemer, selv kortvarig, udelukkende består af neutroner.

Et system, der består af to neutroner, danner ikke engang en kortvarig tilstand. Efter flerårige eksperimentelle og grundlæggende undersøgelser, videnskabsmænd konkluderede, at der ikke er sådanne tilstande i et system bestående af tre neutroner. Søger efter en tetraneutron, en klynge af fire neutroner, har stået på i mere end 50 år. Disse søgninger var frugtesløse indtil 2002, da en gruppe franske forskere i et eksperiment ved Large Heavy Ion National Accelerator i Caen fandt seks hændelser, der kunne tolkes som tetraneutronproduktion. Imidlertid, reproduktionen af ​​dette eksperiment mislykkedes, og nogle videnskabsmænd mener, at i det mindste en del af den oprindelige dataanalyse var forkert.

En ny fase af tetraneutronsøgningerne fandt sted på Radioactive Ion Beam Factory i RIKEN Institute, Japan, som driver en højkvalitets stråle af ⁸ Han kerner. Det ⁸ Kernen består af en α-partikel (den ⁴ Han kerner) og fire neutroner. Et par forskerhold havde foreslået tetraneutronsøgningerne i RIKEN. I det første af disse forsøg, det ⁸ Han kernebombardede ⁴ Han mål. Som følge af sammenstødet, α-partiklen blev slået ud af ⁸ Han, efterlader systemet med fire neutroner. Fire hændelser fortolket som den kortvarige tetraneutron-resonanstilstand er blevet påvist. Dette eksperiment blev rapporteret i begyndelsen af ​​2016, og fortsætter.

Hvor længe kan en tetraneutron eksistere?

Forskerne fra Lomonosov Moscow State University publicerede i deres artikel om teoretiske evalueringer af tetraneutron-resonanstilstandsenergien og dens levetid. De bidrog til forberedelsen af ​​en af ​​de foreslåede eksperimentelle søgninger efter tetraneutronen, da en gruppe eksperimentalister fra Tyskland bad om hjælp.

Andrey Shirokov, artiklens første forfatter, siger:"Vi lavede sådanne evalueringer i forskellige modeller, og de opnåede resultater blev brugt til at understøtte eksperimentet. Bagefter, vi uddybede den teoretiske tilgang grundigt og udførte adskillige simuleringer på supercomputere. Resultaterne er blevet offentliggjort i vores papir i Fysisk gennemgangsbreve ."

De teoretiske resultater for energien af ​​tetraneutronresonans på 0,84 MeV korrelerer godt med det japanske eksperimentelle fund på 0,83 MeV, som er, imidlertid, karakteriseret ved en stor usikkerhed (ca. ±2 MeV). Den beregnede bredde af den resonante tetraneutrontilstand er 1,4 MeV, hvilket svarer til levetiden på omkring 5×10 ^-22 sek.

Shirokov siger, "Det er værd at bemærke, at ingen af ​​de tidligere teoretiske artikler har forudsagt eksistensen af ​​den resonante tetraneutrontilstand ved så lave energier på omkring 1 MeV."

Det nye resultat stammer sandsynligvis fra en ny teoretisk tilgang til studier af resonanstilstande i kernesystemer udviklet af forskerne. Denne tilgang er omhyggeligt testet på modelproblemer og i mindre komplicerede systemer, og først bagefter anvendt på tetraneutronundersøgelserne, der tegner sig for de særlige forhold ved dette systems fire-partikel-henfald.

Shirokov, imidlertid, indikerer en alternativ mulighed:"En anden mulig årsag er det faktum, at vi har brugt en ny interaktion mellem neutroner udviklet af vores team. Vores tetraneutronundersøgelser vil fortsætte, vi vil udføre simuleringer med andre mere traditionelle interaktioner. På samme tid, vores franske kolleger vil studere tetraneutronen med vores interaktion inden for deres tilgang. Selvfølgelig, vi ser alle frem til resultaterne af nye eksperimentelle tetraneutronsøgninger."